Hydrogen and Fuel Cells pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Pennwell Corp

作者:Busby, Rebecca L.

出品人:

页数:445

译者:

出版时间:2005-3

价格:$ 77.97

装帧:HRD

isbn号码:9781593700430

丛书系列:

图书标签:

氢能
燃料电池
可再生能源
能源技术
化学工程
材料科学
环境科学
可持续发展
新能源
储能技术

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具体描述

Hydrogen and Fuel Cells: A Comprehensive Guide explains why hydrogen has emerged as an essential area for research and technology development worldwide. It explores the forces driving the market for hydrogen-powered fuel cells, as well as the technical and economic barriers that could derail a transition toward hydrogen energy systems. The book reviews hydrogen's history, and discusses current and future applications for hydrogen fuel cells. It also explains in straightforward language how hydrogen is produced, stored, and transported, and it discusses the economics of these activities and their environmental impact. The book's appendixes provide more technical details, such as cost calculations. Key Features and Benefits: Written in easy to read language rather than technical jargon Offers a comprehensive overview of the hydrogen economy concept Develop a better understanding on the timely topic of hydrogen and its place in the world's future energy mix along with fossil fuels and renewable resources

现代能源转型中的关键技术：高效能储能系统的设计、应用与未来展望本书聚焦于当前全球能源结构转型背景下，如何通过尖端储能技术来解决可再生能源并网的波动性、提升电网韧性，以及推动交通运输和工业部门的深度脱碳。本书汇集了储能领域最前沿的研究成果与工程实践经验，旨在为能源工程师、政策制定者、科研人员以及对可持续能源系统感兴趣的专业人士提供一套全面、深入且高度实用的技术指南。我们摒弃了对单一技术的狭隘关注，转而从系统集成和跨学科优化的角度，审视当前所有主流储能技术（包括电化学、机械、热学以及新型化学储能）的潜力和局限性。 --- 第一部分：储能技术谱系的全面评估与系统级需求分析第1章：全球能源系统面临的挑战与储能的战略定位本章深入剖析了当前电力系统的核心矛盾：化石燃料依赖带来的环境压力、电网对间歇性可再生能源（如风能和太阳能）消纳能力的限制，以及分布式能源（DERs）接入带来的复杂性。我们将储能视为解决这些矛盾的关键使能技术，而非简单的设备堆砌。讨论将涵盖能量密度、功率密度、循环寿命、响应速度、能量效率（Round-Trip Efficiency, RTE）以及全生命周期成本（LCOS）等核心性能指标，并构建一个多维度评估框架，用以量化不同技术在特定应用场景中的相对价值。第2章：先进电化学储能技术：从实验室到规模化部署虽然本书不聚焦于氢气本身，但我们对基于电化学反应的储能系统进行了细致的入微分析，特别关注那些与电网稳定性和便携式应用紧密相关的技术。锂离子电池的下一代拓扑结构：详细探讨了固态电池、钠离子电池以及镁离子电池在能量密度提升和安全性能改善方面的最新进展。重点分析了电极材料（如高镍正极、硅基负极）的微观结构演变及其对电池热失控风险的影响，并介绍了先进的电池管理系统（BMS）如何通过状态估算（SOC/SOH）优化运行寿命。长时储能（LDES）的电化学探索：针对数天至数周的储能需求，我们评估了液流电池（Vanadium Redox Flow Batteries, VRFBs）的规模化挑战，包括电解液的浓度限制、膜的选择性与耐久性。此外，对基于锌、硫和空气的金属-空气电池的系统集成特性进行了技术经济性分析。第3章：机械与热能储能系统的高效集成本章着重于那些依赖物理原理实现能量转换与存储的重型系统，它们在电网级调频和工业余热回收中扮演重要角色。压缩空气储能（CAES）的革新：对绝热压缩空气储能（A-CAES）的设计原理进行了详细阐述，重点在于如何有效管理压缩过程中的热量，实现系统效率的显著提升。探讨了地下洞穴选址的标准和地质适应性分析。飞轮储能（FES）在瞬态功率调节中的应用：分析了高速轴承技术、碳纤维转子材料的进步如何使飞轮系统达到极高的功率密度和近乎无限的机械循环寿命，特别适用于数据中心备用电源和电网动态无功补偿。热能储能（TES）与工业耦合：探讨了熔盐、高温颗粒床以及相变材料（PCM）在可再生能源并网和工业余热回收中的应用，论述了如何将热能系统与蒸汽轮机或布雷顿循环结合，实现多能互补的优化调度。 --- 第二部分：储能系统集成、优化与安全保障第4章：面向电网尺度的系统集成与运行控制储能系统的价值不仅在于其存储容量，更在于其并网后的可控性与稳定性贡献。本章侧重于系统集成层面。功率电子接口的先进控制策略：深入研究了双有源桥（DAB）变换器和多电平变流器在实现高效率、低谐波并网中的作用。讨论了如何通过快速的电压和频率控制（虚拟同步机技术）来增强电网惯量响应能力。多能微电网中的储能协同优化：针对包含光伏、风电、柴油发电机和储能的复杂微电网，构建了基于模型预测控制（MPC）的调度算法，以最小化运行成本同时满足可靠性约束。储能资产的金融化与市场参与机制：分析了储能系统如何通过提供辅助服务（如调频、备用容量）来获取收入，并探讨了不同司法管辖区对储能设施的并网标准和市场准入规则。第5章：储能系统的全生命周期安全与可靠性管理储能系统，尤其是大规模电化学储能，其固有的安全风险要求极高的管理水平。热失控的预防与缓解机制：详细介绍了先进的热管理系统（TMS）设计，包括液冷、相变材料被动冷却以及冗余保护电路。对电池组内部的电化学反应失控模型进行了量化分析。状态监测与预测性维护：阐述了如何利用高精度传感器数据（如气体分析、声学监测）结合机器学习算法，实时预测组件的退化趋势和潜在故障点，从而实现从被动响应到主动干预的转变。极端环境下的系统鲁棒性设计：讨论了储能系统在地震、洪水和极端温度条件下的物理加固和电气隔离设计要求，确保关键基础设施的持续运行能力。 --- 第三部分：跨部门应用与未来趋势第6章：交通运输的电气化与快速充电基础设施本章将储能技术的应用拓展至高功率密度要求的交通领域。重载电动化的挑战：分析了电动卡车、港口机械和船舶对超大容量电池组的需求，以及快速充电（Megawatt Charging System, MCS）对电网侧基础设施的巨大冲击。电池热管理对续航里程的影响：探讨了低温对电池容量衰减的显著影响，并介绍了主动加热与冷却系统如何维持电池在最优工作窗口，以确保冬季的可靠续航。第7章：可持续性、回收与未来研究方向任何大规模部署的技术都必须面对其资源依赖性和生命周期终结的处理问题。关键原材料的供应链韧性与替代方案：评估了锂、钴、镍等关键矿物的地缘政治风险和开采环境影响，并展望了无稀有金属电池技术的商业化潜力。储能系统的闭环回收技术：详细比较了湿法冶金、火法冶金和直接回收技术在处理报废电池包中的效率、成本和环境效益。重点分析了如何设计易于拆解和分选的电池包结构。长时储能的颠覆性展望：对尚未完全成熟但潜力巨大的技术路线进行了前瞻性评估，包括高密度机械储能（如重力储能）、长寿命的固态氧化物电解池（SOEC）在电能存储与合成中的潜力，以及集成度更高、跨年度运行的新型化学载体技术。本书的最终目标是提供一个扎实的工程基础和前瞻性的战略视野，指导下一代储能技术的研发与部署，加速构建一个更清洁、更可靠、更具韧性的全球能源生态系统。